往復(fù)式壓縮機(jī)活塞桿斷裂分析

1、往復(fù)式壓縮機(jī)活塞桿斷裂分析趙治全 摘要：通過(guò)分析往復(fù)式壓縮機(jī)活塞桿斷裂原因，找出防止活塞桿斷裂的措施。 關(guān)鍵詞：往復(fù)慣性力 疲勞強(qiáng)度 水擊 Analysis of Fracture of Reciprocating Compressor Piston RodAbstract: The measure of preventing fracture of piston rod is found through analysis the reason of fracture of reciprocating compressor piston rod.Zhao ZhiquanKey words: r

2、eciprocating inertial force fatigue strength water hammer在各類壓縮機(jī)中，往復(fù)式壓縮機(jī)在各行業(yè)應(yīng)用比較廣泛，尤其在化工行業(yè)的老企業(yè)中。在壓縮機(jī)的使用中往往都出現(xiàn)過(guò)活塞桿突然斷裂的設(shè)備事故。如發(fā)現(xiàn)及時(shí)損失不大，如不及時(shí)則會(huì)給企業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p失：輕則撞壞氣缸蓋；重則撞壞十字頭、連桿、曲軸，甚至造成停產(chǎn)。本文通過(guò)對(duì)斷裂原因的分析，提出相應(yīng)的預(yù)防措施，以避免或減少活塞桿斷裂的發(fā)生。1、活塞桿發(fā)生斷裂的原因分析活塞桿在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中受氣體力、往復(fù)慣性力及往復(fù)運(yùn)動(dòng)的磨擦力作用。氣體力和往復(fù)慣性力隨著壓縮機(jī)吸氣、排氣過(guò)程的變化，大小和方向不斷變化，因此活塞桿

3、受力為循環(huán)交變載荷?；钊麠U上的螺紋、臺(tái)階等部位雖然存在應(yīng)力集中，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格校核，都能滿足使用要求，故正常使用不會(huì)斷裂?；钊麠U之所以發(fā)生斷裂，主要跟活塞桿的制造質(zhì)量及安裝使用不當(dāng)給活塞桿造成附加外力等有關(guān)。分析如下：11 活塞桿的制造質(zhì)量差?；钊麠U未嚴(yán)格按圖紙要求加工，表面加工精度低，存在刀痕；螺紋絲底圓角過(guò)?。慌_(tái)階處未光滑過(guò)渡或圓角小等。這些部位都可以成為裂紋原。以螺紋加工為例，螺紋在車制過(guò)程中，由于車工經(jīng)驗(yàn)不足或失誤，未將車刀磨出圖紙要求圓角。使螺紋加工完后絲底圓角過(guò)小，使該處受拉的應(yīng)力集中系數(shù)及受彎曲的應(yīng)力集中系統(tǒng)數(shù)明顯加大，使活塞桿在交變載荷作用下產(chǎn)生微小裂紋，并不斷擴(kuò)展，最

4、終斷裂。這種情況也與使用單位用件前未認(rèn)真檢驗(yàn)活塞桿尺寸有關(guān)。另外，有些活塞桿為了提高疲勞強(qiáng)度，表面鍍鉻、鎳等金屬。如鍍層與基體結(jié)合不好，在使用中磨裂，則會(huì)造成裂紋下面的基體金屬產(chǎn)生嚴(yán)重的集中滑移，誘發(fā)疲勞裂紋的產(chǎn)生。12 十字頭安裝不正確在設(shè)備安裝中如十字頭端面與十字頭下滑道不垂直，活塞桿與十字頭緊固后十字頭下滑板只有前端與滑道接觸，后端懸空。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后連桿作用力的分力使下滑板與滑道完全貼合，使活塞上翹。而活塞在本身重力作用下與氣缸表面接觸，造成活塞桿彎曲，產(chǎn)生彎曲外力。與十字頭聯(lián)接的螺紋部位受力最大。其應(yīng)力值與活塞桿所受循環(huán)應(yīng)力最大值疊加，如超過(guò)許用應(yīng)力值，則活塞桿將發(fā)生斷裂。另連桿瓦、

5、十字頭、氣缸、活塞等部件安裝數(shù)據(jù)未達(dá)到檢修規(guī)程要求，或長(zhǎng)期使用磨損使各部間隙過(guò)大及聯(lián)接螺栓松動(dòng)，都會(huì)造成十字頭等部位振動(dòng)過(guò)大，使活塞桿承受附加外力作用，也可導(dǎo)致活塞桿產(chǎn)生裂紋斷裂。13 十字頭螺栓預(yù)緊力不勻這種情況是指活塞桿與十字頭采取方法蘭聯(lián)接的形式。方法蘭的四條螺栓在十字頭與活塞桿固定過(guò)程中預(yù)緊力不等，使活塞桿螺紋處靠預(yù)緊力大的螺栓側(cè)形成附加彎曲壓應(yīng)力，其與循環(huán)應(yīng)力疊加，也可導(dǎo)致活塞桿斷裂。14 活塞托瓦及氣缸磨損活塞在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)雖有潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，活塞托瓦及氣缸都會(huì)發(fā)生磨損，使活塞中心逐漸低于十字頭中心。使活塞桿彎曲，活塞桿受彎曲外力作用，與十字頭聯(lián)接部位受力最大。而且磨

6、損越大應(yīng)力越大，其與循環(huán)應(yīng)力綜合作用使活塞桿斷裂。15 氣缸進(jìn)入異物或水擊壓縮機(jī)的氣缸余隙均在幾毫米，而氣閥螺栓等氣閥組件尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于余隙尺寸。壓縮機(jī)在運(yùn)行中由于吸氣閥螺栓松動(dòng)后與閥組脫離，氣閥組件吸入氣缸或氣閥因制造質(zhì)量或材料疲勞破壞吸入氣缸，造成活塞運(yùn)動(dòng)受阻，活塞桿所受拉力無(wú)限大，拉斷活塞桿。壓縮機(jī)在開(kāi)機(jī)過(guò)程中入口氣體中大量帶液，或多級(jí)壓縮機(jī)級(jí)間冷卻分離器長(zhǎng)時(shí)間未排油水，導(dǎo)致壓縮機(jī)吸入大量液體，因液體不可壓縮，且不能及時(shí)排出，導(dǎo)致活塞運(yùn)動(dòng)受阻而拉斷活塞桿。另外活塞桿使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)其使用壽命，材料發(fā)生疲勞破壞也可使活塞桿斷裂。需要指出的是，以上各因素往往同時(shí)作用，加速了活塞桿斷裂，縮短了

7、其使用壽命。2、防范措施通過(guò)提前檢查等措施，有些活塞桿斷裂是可以避免的。如：嚴(yán)格執(zhí)行檢修規(guī)程，在安裝前認(rèn)真核對(duì)活塞桿各部尺寸，對(duì)螺紋、臺(tái)階等應(yīng)力集中部位重點(diǎn)檢查。并定期用著色法進(jìn)行表面探傷檢查，以發(fā)現(xiàn)微小裂紋。同時(shí)選擇有質(zhì)量保證的供貨商進(jìn)貨；在安裝中保證十字頭端面與滑道的垂直度；經(jīng)常檢查更換活塞托瓦，避免使活塞桿受彎曲外力；使十字頭螺栓預(yù)緊力盡可能均勻，減小其對(duì)螺紋處附加力作用；定期檢查各部件聯(lián)接情況，避免間隙過(guò)大或螺栓松動(dòng)，同時(shí)設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)異常時(shí)應(yīng)立即停機(jī)檢查，避免發(fā)生事故；設(shè)備開(kāi)機(jī)前認(rèn)真檢查入口情況，避免帶液，定時(shí)排放級(jí)間冷卻分離器油水，防止水擊；按規(guī)程要求定期更換活塞桿，避免其疲勞破壞等。3、結(jié)語(yǔ)由于活塞桿的斷裂造成危害較大，我們?cè)诹私饬嘶钊麠U可能斷裂的原因后，采取相應(yīng)的防范措施，即可避免或減少斷裂事故的發(fā)生。把生產(chǎn)損失降到最小，保證設(shè)備能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行！參 考 文 獻(xiàn) 1.高慎琴 化工機(jī)器 化學(xué)工業(yè)出版社 1992第一版2.魏鐘 夏英杰 輕化工機(jī)器 中